Основни механични свойства на материалите и тяхната употреба

Познаването на механичните и физичните свойства на материалите е необходимо за всички онези, които като част от услугата си трябва да изберат оптималните суровини за производството на даден обект. Информация от тази област - областта на интереси на изследователи, физици и химици, представители на научни общности от други дисциплини. Разбирането на природата, характеристиките на материалите около нас дават на човека възможност да създава, създава нови дизайни, уникални по своята сложност и издръжливост.

Обща информация

Определянето на механичните свойства на материалите включва идентифициране на способността да се противопоставят на натоварванията, усилията, които потенциално променят формата на материала, като го унищожават. Най-често на практика те разглеждат такива товари, които се прилагат към тези материали, които участват в работния процес на проектиране на капиталови обекти. Строителните конструкции са принудени да устоят на много значими товари, разделени на две големи групи - динамика, статика.

Анализирайки механичните свойства на конструктивните материали, е необходимо да се има предвид, че натоварването от категорията на статиката не провокира образуването на инерционна сила. Типичен житейски пример са снежните маси, натрупани на покрива на сградата. Но динамиката - това е бързо въздействие, често - само един момент, за който има увеличение до максимум. Процесът е придружен от появата на инерционни сили, засягащи обекта. Често срещан в действителност, добре познат пример за такъв товар е влак, който минава през мост и действа върху носещите греди на конструкцията.

За какво говорим?

Известен е широк спектър от механични свойства на материалите: сила, склонност към износване, по-мека и деформирана. Много важна характеристика е твърдостта на суровината. С цялостен анализ на всички параметри на дадено вещество е възможно да се вземе решение относно неговата приложимост към определена задача. Понастоящем в нашата държава съществуват специални стандарти и изисквания, които определят какви са минималните количествени показатели за всички важни параметри, така че суровините да станат приложими за конкретна задача (например изграждането на стени на жилищна сграда).

Стабилен военен войник

На практика използването на механични свойства на материалите е особено важно в областта на създаването на структури, използвани от хора, като транспорт, жилища, промишлени и други обекти, машини и други механизми. Важно е тези елементи да запазят първоначалната си форма. В същото време, такива материали са полезни, които могат да варират по обем, форма, под влиянието на контролирани фактори. За да се оцени качеството на някои материали в този аспект, се разкрива количествена характеристика на деформируемостта - такъв параметър, който отразява доколко формата и обемът се коригират при наличие на товар. Обичайно е да се говори за абсолютни, относителни показатели.

Абсолютната деформация е количествено отражение на промените в размерите, когато се появи товар. Параметърът се описва от линейни единици. Това механично свойство до голяма степен е свързано със състава на материала. Относителна - процентната стойност, която отразява колко обемът на изследвания обект се е променил в сравнение с първоначалния при прилагане на силата.

Много опции

Изследвайки механичните и технологични свойства на материалите, специално внимание се обръща на факта, че в рамките на една и съща категория товари и параметъра, отговорен за тяхната устойчивост, има много подвидове. Например, когато говорим за деформация, за пълноценно изследване на проба, е необходимо внимателно да се оцени способността за твърдо възприемане на компресия, огъване, усукване, разтягане, срязване. Например, ако е необходимо да се изследва бетон, стоманобетон, то специално внимание се обръща на разтягане, компресиране, огъване - обектите ще се сблъскат с такива външни усилия по време на монтажа на обекта и последващата му работа.

Има еластична, пластична деформация, задействана от външни натоварвания. Първите изчезват веднага щом източникът на усилията изчезне, а последните остават дълго време. Често наричани остатъчни. За количествено определяне на механичните свойства и механичните характеристики на материалите, включително деформируемостта, е необходимо първо да се анализират остатъчните деформации. Обектът се изследва във втората от унищожаването. На практика това често се случва при изучаването на проби от стомана, използвани като армировка. По време на разрушаването на обекта се разкрива колко голяма е остатъчното удължение. Това дава възможност да се класифицира конкретна извадка като пластмасова група или да я нарече крехка. Първите към момента на срутването им натрупват впечатляващи остатъчни деформиращи промени, като последните не се различават по тази характеристика. Медта се различава по пластичност, меки видове стомана, но крехки - камъни, чугун.

За силата

От всички основни механични свойства на материалите винаги се обръща специално внимание на това. Анализът на обекта се извършва и по отношение на способността да се противопоставят на натоварвания като динамика, статика. Ако се приложи статична сила, в материала се генерира вътрешно напрежение. Силата показва колко се променят стойностите, ако се регулира състоянието на натоварването. Оценете какви промени се наблюдават по отношение на еластичността, дали има деформация, дали пробата е унищожена.

Напрежението при анализа на основните механични свойства на материалите обикновено се разбира като такъв параметър, който описва силата вътре в тестовия обект, предизвикана от натоварвания отвън. Параметърът се изчислява по отношение на единичната площ. За да определите правилните стойности, е необходимо да направите изчисления по отношение на секцията. Параметрите, при които тялото преминава в ново състояние, се наричат ​​напрежения, които описват силата и якостта на добива.

Някои характеристики на тестване

За точно определяне на химичните и механичните свойства на материалите е необходимо да се вземат прототипи и да се изследват техните реакции при използването на различни натоварвания, външни фактори, съединения. Процесите, протичащи с обекта, се записват внимателно. За да бъде продуктът приложим в експлоатация, той трябва да показва параметрите, които отговарят на стандартите, въведени в страната. Условията за якост, устойчивост на деформации, агресивни среди и други фактори са систематизирани в таблици, предписани за различни материали и категории материали. За да определите стандартите за даден обект, трябва да използвате текущото издание на ГОСТ за него.

Като част от изпитването пробите се зареждат. Ако е необходимо да се изследва например здравината, използвайте специализирани преси - механично или хидравлично. Можете да използвате машини, които могат да се огъват, разкъсват се проби. Те определят определено ограничение на натоварването и оценяват резултата от неговото прилагане, поправят го в официалната поръчка, сравняват го с референтното поведение. В някои случаи трябва да използвате специални формули за изчисляване на сложните деформации на дадено вещество.

Изчислете, сравнете, анализирайте

За да се разкрие влиянието на механичните свойства върху материала и обратната връзка, е необходимо да се провери как тестовият обект реагира на различни външни фактори. За да направите това, цялата информация, идентифицирана по време на експериментите, се записва в таблица и се използва като основа за изграждане на диаграми. Графиките отразяват напрежението, силата, способността да се свиват, опъват. Параметрите на якостта позволяват да се оценят физическите качества на изследваните суровини и да се определят нормативните съпротиви - основните параметри, които след това се използват при изграждането на сложни обекти.

Най-лесният начин за оценка на физическите и механичните свойства на материалите, ако те принадлежат към броя на хомогенни. За да определим стандартите за съпротива, ние приемаме физическите величини, които са стандартни за дадена суровина и се определят на федерално ниво от приложимите стандарти. На базата на съответствието, получено по време на тестването на показателите и проверено от метрологичен, материаловедски контрол, можем да говорим за приложимостта на предмета за решаване на проблема. Ако продуктът не е еднороден, трябва да се помни, че силата често е по-ниска от нивото, което се приема или определя по време на изпитванията. Важно е при разработването на плана да се постави граница на безопасност, като се има предвид устойчивостта на суровините.

Внимание към всички подробности

Оценявайки физико-механичните свойства на материалите за последващо създаване на важни, големи структури, изправени пред тези натоварвания, трябва да се помни, че работните условия оказват силно влияние върху нивото на качеството както на продукта като цяло, така и на веществото, от което се произвежда. При идентифицирането на изчислените характеристики далеч не винаги е възможно да се вземат предвид всички тези условия, които ще се отразят неблагоприятно на обекта по време на практическото му използване. Така, че продуктът не разочарова потребителя, той трябва вече да е на етап оценка на материала, за да се изчисли коефициентът на работни условия, който може да намали параметрите на съпротивлението.

Често дизайнерите са изправени пред сложна ситуация на несигурност, когато не е ясно как, например, механичните свойства на строителните материали ще се променят под влияние на външни натоварвания, тъй като няма точна представа за истинската работа. Това налага някои ограничения върху точността на изчисленията. За да се гарантира прилично ниво на изпълнение, трябва да се вземе предвид фактор за безопасност. Този параметър отразява степента, до която проектното съпротивление е намалено в сравнение с първоначално полученото ниво.

Устойчивост на удар

Това е такова механично свойство на материалите (конструкция, метали, конструкция и други), което показва колко голяма трябва да бъде работата, позволяваща да се унищожи избраната за експериментите проба. Параметърът може да се изчисли за всяка обемна единица на тестовия обект. За опита е необходимо да има изходен материал и стандартното натоварване, които да паднат върху него. За да бъде тестът систематичен и точен, трябва да се използва товар от същата маса. Първо, тя се изхвърля от малка височина, постепенно се увеличава и увеличава началната точка на полета. Интервал - сантиметър. Изпитването се извършва, докато пробата се разруши под въздействието на динамично натоварване. Параметърът, открит в хода на това изследване, се счита за условни стойности, сантиметри, което се оказа достатъчно, за да се унищожи даден обект чрез изпускане на обект върху него.

носенето

Това механично свойство на материала е особено важно по отношение на суровините, включени в производството на обекти, които са подложени на абразивно натоварване по време на работа. Например, бетон, клинкер и камък, използвани при създаването на магистрали, летища, хидротехнически съоръжения, подове, тротоари и стълби, се сблъскват с тях.

Най-често на практика е необходимо да се изчисли абразивността на бетона от механичните свойства на материалите - може би най-често срещаната суровина за създаване на капиталови структури. Необходимо е да се съсредоточи върху ГОСТ 13087-81. За тестове се вземат кубични проби, чиято дължина на ръба е точно 7,07 см. В някои случаи изборът на цилиндър с подобен диаметър ще бъде оптимален. Измерва се обемът на теста, установява се теглото, монтирано върху кръг от чугун, поръсен с абразивни вещества. Натоварването се извършва в рамките на 0.06 MPa, след което кръгът започва да се върти. 110 завъртания - стъпка, която ви позволява да завъртите тестовия обем под прав ъгъл. 440 завоя ви позволяват да се върнете в изходна позиция. Така се завършва първият цикъл, отстранява се пробата от инсталацията и се измерва. Те разкриват колко са се променили масата и височината на обекта. Тези параметри ще покажат колко добре суровината се противопоставя на натоварванията при абразия.

Razmyagchaemost

Това механично свойство на материала, известно също като водоустойчивост, отразява степента, в която силата се променя при омокряне на изпитвания обект. Сравнението е направено със сух обект. Известно е, че обикновено материалите, абсорбиращи водата, стават по-малко трайни, тъй като твърдите компоненти могат да се разтворят, глина - набъбва. Местата, където кристалите растат заедно, могат да бъдат засегнати от влага поради разтварянето на един от компонентите, които са по-малко устойчиви на течност. Водният слой притиска обекта, ако лежи директно в повърхността.

Устойчивостта на вода по отношение на камъните е механично свойство на материала, което се оценява по специална скала. Коефициентите се разкриват по една съвсем проста формула: намират как силата на сухия и овлажнен материал е свързана един с друг. Преди провеждане на изследването, суха проба, за която вече са получени параметри, се поставя в течност в продължение на два дни. След това можете да започнете директно компресиране.

За числата

Ако някой материал изобщо не се разтвори в течност, посоченият коефициент за него е един. Тези качества са стомана и стъкло, както и няколко подвида от гранитен камък. Но някои се унищожават само чрез насищане с вода. Класически представител на такава група е креда.

Ако посоченият коефициент е 0,7 или по-малко, суровината не може да се използва за създаване на структури, потенциално в контакт с вода. Например, ако трябва да се изгради основа за сграда във влажен климат, с високо ниво на влажност на почвата, такъв материал е абсолютно неподходящ. Ако е известно, че по време на операцията обектът ще бъде постоянно в контакт с вода, в рамките на теста, той незабавно се тества във водонаситени условия, за да не надценява неговата сила.

Везни и маси

За правилна и пълна оценка на механичните качества е необходимо да се открият обемните, специфично тегло проба. Под специфично тегло се разбира такова тегло на дадена единица, което се изчислява в идеално плътно състояние. За измерване на параметъра се използва съотношението грамове до сантиметри в куб. Стандарт за стомана - 7.85, за дървен материал от всички видове - 1.53, а за камък - до 3.3.

Обемно - това е теглото, което описва параметъра на обемната единица в нормално естествено състояние. Характеристиката се използва при изчисляване на конструктивните характеристики на планирания обект, както и при избора на превозни средства с подходяща товароносимост. За да се опише обемното тегло, се използва съотношението на килограми към метри в куб.

Пори и вода

Важна характеристика на материала е порьозността. Това механично свойство показва колко от обема на порите в материала е представен. Параметърът се отразява в проценти. Общата плътност и порьозност дават 100% от обема на обекта.

Също толкова важна е способността на пробата да абсорбира и пропуска вода. Оценявайки колко обектът абсорбира влагата, запазва го в обема си, разкрива процента на теглото преди контакта с течността и след него. Възможно е също да се разкрие как се абсорбира обемът и общата характеристика на пробата корелират. Но пропускливостта обикновено се разбира като способността за провеждане на течност в присъствието на налягане. Тази стойност се определя от структурата на материята, плътността, характеристиките на водния поток. За да се оцени стойността, се изчислява колко течност преминава през квадратен сантиметър на повърхността. Тестовете се провеждат върху предварително определена и точно измерена стандартна течна глава. Абсолютно непромокаеми за водно стъкло, стомана.

Топло или студено ли е?

Сред другите механични свойства, устойчивостта на замръзване не е последната. Този параметър показва как отрицателните температури влияят отрицателно върху обекта. За изпитване пробите първо се насищат с течност, след което се организират няколко цикъла на размразяване и замразяване. Изчислете колко цикъла са необходими за намаляване на издръжливостта, появяват се външни признаци на деформация, разрушаване.

Броят на циклите ви позволява да оцените параметрите на материала, като се вземе предвид общоприетата скала на устойчивост на замръзване. Важно е да се обърне внимание на климатичните условия, в които реалният обект ще замръзне, класът структури и структури. Обикновено стойността на Mrz варира от 5 до 200.

По-топло

Всеки материал има свойство на топлопроводимост. Във физиката терминът се използва за обозначаване на способността за пренос на топлина, предизвикана от разликата в нивото на нагряване на средата между различните повърхности на даден обект. Колкото по-висока е влажността и плътността, толкова по-голямо ще бъде качеството на топлопроводимостта. За изчисляване на индикатора се използва специална формула.

Също толкова важен параметър е топлинният капацитет, който описва колко енергия може да погълне определена проба, ако топлината се прехвърли към нея. Физиците изобретили специална формула за нейното изчисление, а самият параметър се наричаше коефициент на специфичен топлинен капацитет.

Има ли светлина?

Различните материали се описват с различни способности да се срутват под въздействието на много високи температури и бързо охлаждане с вода (например, при гасене на пожар). Някои от тях са огнеупорни, други са трудни за стрелба и всички останали принадлежат към категорията на горимите. Описаният първи клас не може да се запали, овъгляването, дори тлеенето не започва, но всичко това е характерно за второто, въпреки че процесите продължават с големи усилия. И накрая, горими материали, които лесно могат да се възпламенят, те са склонни към тлеене, и ако източникът на огън бъде отстранен, те ще продължат да горят.

Близо до описания параметър - огнеупорност. Това е характеристика, която описва колко ефективно един обект може, под въздействието на нагряване до 1580 градуса или повече (по скалата на Целзий), да не се стопи, да не гори, да устои на отрицателното влияние на околните фактори.